Физическое моделирование процессов двигателей внутреннего сгорания. Оценка влияния КПД газовой турбины на эффективность турбокампаундной силовой установки

Лабораторная работа  №1

Физическое моделирование процессов ДВС

Общие положения

Целью лабораторной работы является освоение методами моделирования характеристик комбинированных ДВС.

Физическое моделирование характеристик комбинированных ДВС широко распространено в практике научно – исследовательских и проектно – конструкторских организаций. Оно позволяет на стадии проектирования ДВС, доводки новых и совершенствование серийных двигателей исследовать и оптимизировать (в первом приближении) параметры и показатели КДВС. Причём очень часто такое моделирование является единственно возможным (или рациональным) методом исследования.

При физическом моделировании использована идея «черного ящика» (рис 1). «Чёрный ящик» - это объект исследования.

X1,X2,…,Xn - варьируемые параметры (факторы);

Z1,Z2,…,Zk – неуправляемые ( внутренние) параметры;

Y1,Y2,…,Ym – функции отклика.

Рисунок 1. Схема чёрного ящика.

Используя методы математического планирования эксперимента и соответствующие алгоритмы, получают зависимости между выходными параметрами (откликами) и входными (факторами), которые называют функциями отклика. Функция отклика имеет вид

Выбор факторов и их уровней сопровождается проработкой вопросов, связанных с обеспечением заданных значений этих факторов и надёжных их измерений. Данные вопросы решаются на моделирующей установке.

При исследовании КДВС с системами ГТН, утилизации теплоты ОГ и силовыми газовыми турбинами варьируемыми параметрами являются Рs, Ts, Pt, Tt,n,

Где Рs – давление наддува, Ts – температура свежего заряда, Pt – давление отработавших газов,

Tт – температура отработавших газов.

Порядок выполнения работы.

В данной лабораторной работе варьируемые параметры определяются по следующим формулам:

А функция отклика :

,

где значения коэффициентов принимается по таблице 1.

Секундный расход воздуха , кг/с

 Теплота, подведенная в цилиндр ДВС с топливом, кДж/с

,

где Qн – низшая теплота сгорания топлива

Расход воздуха, кмоль/с

,

где  - молекулярная масса воздуха

Расход отработавших газов, кмоль/с

Коэффициент избытка воздуха

,

где Lo – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива. 

Таблица 1. Коэффициенты уравнений регрессии трёхфакторного эксперимента.

№ п/п	Наименование коэффициента	Ne	Gs	Вч
1	a0	343,87	2260,48	76,659
2	a1	31,656	-27,357	7,35
3	a2	-48,728	-115,87	-6,822
4	a3	65,06	398,78	12,533
5	a11	-2,18	-11,532	-0,389
6	a22	-8,269	-38,612	-1,5057
7	a33	-8,9	-17,653	-1,6929
8	a12	-0,315	-24,13	-0,75066
9	a13	2,43	8,894	1,0415
10	a23	8,844	39,128	2,4486

Коэффициенты мольной теплоёмкости воздуха и ОГ

Энтальпия воздуха, поступающего в цилиндры ДВС, кВт

Энтальпия ОГ, покидающих цилиндры ДВС, кВт

Энтальпия топлива, поступающего в цилиндры ДВС, кВт

,

где Ср – теплоемкость топлива

Теплота отводимая с ОГ – абсолютная (кВт) и относительная(%) величины

Изменение энтропии ОГ, кДж/(кгК)

Удельная энтальпия ОГ при Т=То, кДж/кмоль

Анергия ОГ в выпускном коллекторе, кВт

Эксэргия (работоспособная часть) ОГ, покидающих цилиндры ДВС, кВт

Относительная величина эксэргии, % 

Среднее эффективное давление , МПа

,

где t – тактность двигателя, z – число цилиндров.

Удельный эффективный расход топлива, г/(кВтч)

Исходные данные:

P_Т  =0,33 МПа

Р_S  =0,33 МПа

n= 900 мин^-1

T_S =343 К

Результаты расчёта по методике приведенной выше представлены в таблице 1.